一維納米材料的構筑及其在能量轉換中的應用.pdf

1、上海師范大學碩士學位論文摘要論文題目：一維納米材料的構筑及其在能量轉換中的應用學科專業(yè)：物理化學學位申請人：王文超指導教師姓名：李貴生教授摘要能源短缺、環(huán)境惡化是21世紀人類社會所面臨的兩個重大問題，化石燃料的燃燒不僅帶來能源消耗而且對環(huán)境造成難以修復的破壞，生產可再生能源以代替化石燃料迫在眉睫。太陽能作為一種取之不盡、用之不竭的清潔能源，能很好的為人類社會提供能源動力，但太陽能利用率低、成本高等關鍵科學問題限制了其廣泛的應用。因此，基

2、于光化學技術生產可再生能源是解決能源短缺、環(huán)境惡化問題的有效途徑。在所有替代性能源中，氫能被學者認為是一種無污染、高價值的新能源，是2l世紀最有潛力的替代能源。半導體光催化技術可直接利用太陽能分解水制氫。其中，Ti02作為一種典型的半導體材料本身無毒無害、價格低廉且光化學穩(wěn)定性好而得到廣泛的研究。但光吸收范圍窄、光生電子空穴復合速率快等問題限制其實際的應用。為解決這些問題目前采用的手段有金屬修飾，半導體復合及其通過光催化和電化學技術，實

3、現(xiàn)光電催化性能研究。因此，主要的研究內容如下：(1)通過水熱法制各Ti02納米棒陣列，研究其儲能放電性能和分解水制氫活性。考察其對電能、光能的存儲，通過分解水制氫活性的測試評價儲能放電性能的效率。結果表明：制得的TD2納米棒可以實現(xiàn)對電能、光能的存儲，并將存儲的能量用于分解水制氫。其主要原理是通過電子還原作用j#Ti4轉換為Ti3達到對能量存儲的目的，隨后邗轉換為Tr并進一步轉移電子至鉑電極上進行還原水產氫。通過XPS、電化學信號跟蹤等

4、表征手段對儲能放電過程進行了剖析。在無犧牲劑條件下實現(xiàn)的水的全分解反應，良好的光化學穩(wěn)定性和催化效率為太陽能的存儲和利用提供了一種全新、可行的思路。(2)通過一步水熱法剝離、制各得到自支撐、有序、導電Ti02納米棒陣列薄膜。在第一部分的基礎上延長水熱時間，將Ti02納米棒陣列薄膜從FTO基底上剝離，同時將FTO導電層一起剝落形成導電的T妁2納米棒陣列薄膜，并保持有序的一維納米棒陣列結構，通過XRD、FESEM、TEM、XRS和光電流等表

5、征手段對催化劑的物理化學性質進行了相關表征。實驗結果表明該薄膜具有快的電子傳輸能力、良好的光、熱穩(wěn)定性，在分解水制氫反應中表現(xiàn)高的催化活性。(3)水熱法制備MOFs(ZIF8)修飾Ti02光電極材料，運用MOFs材料孔道AbstractNowadays，theworldisricingseriousenergyandenvironmentalproblems，SOitISVcIryurgenttoproduceacleanandsust

6、ainableenergyusingrenewableenergysoH／cetosolvesuchproblemsTheburningoffossilfuelsisdetrimentalbothtononrenewableresourcesandenvironmentSolarenergyasakindofinexhaust西leenergycanprovideenoughpowerforthehurnansocietyButlowu

7、tilizationefficiencyandhighcostlimitthewideapplicationofsolarenergythus，producingcleanenergyfromsolarenergybasedonsemicoriductorsisaneffectivewaytosolveenergyissueandenvironmentaldegradatiortAmongallthealternativeenergyh

8、ydrogenenergyhasbeenregardedasthemostpromisingalternativeenergyresourcein21stcenturybythemajorityofscholarsaroundtheworldSemiconductorbasedphotochemicaltechnologycanutilizedtotransfersolarenergytochemicalorelectricalener

9、gyTi02，asaclassicsemiconductormaterialwithnontoxic，lowpriceandphotochemicalstabilityhasbeenwidelyusedtoproducehydrogenNevertheless，theintrinsicdefectsofTi02suchaSnanDwabsorptionspectra，lowutilizationefficiencyofsolarligh

10、thighrecombinationrateofphotoinducedelectronsandholes，severelylimitedtheirpracticalapplicationforenergyandenvironmentalremediationVariousstrategieshavebeenexpbredtoSOlvetheseproblemsviafullbandabsorptionTi02，noblemetaImo

11、dificationandcombinationofphotocatalyticandelectro—chemistryforachievingphotoeleclrocatalysisThus，thepresentthesisfocusedonthefollowingparts：(1)Ti02nanorodsarraysweresynthesizedviahydrothermalmethodTheresearchfocusonthep

12、erformanceofstomgeandIransfersolarenergytohydrogenthroughwatersplittingTheresultsindicatedthatTi02nanorodsarraysfilmcanrealizethetrausferofsolarenergytoelectricityforstorage，andsuchstorageelectricitycarlbefurtherutilized

13、todrivethewatersplittingThemainprinciplefortheaboveenergytransfer—storagereliestherevers如leconversionofXi4／Ti3throughtheelectronicreductionabilityforstoragephotogeneratedelectronsAndthenbyconvertTi3toTi4tbeelectroncanber

14、eleasedtoreduceH2ontheplatinureelectrodeTheas‘preparedelectrodeswerecharacterizedbyXrayphotoelectronspectroscopy(xPs)，electrochemicalmethodsandSOonThewatersplittingreactionprovidesafeas如lewayforsolarenergystoragewithgood